基于语音识别的家庭自动化系统

使用 8051 微控制器的声控家庭自动化系统

基于语音识别的家庭自动化

随着智能设备和各种无线通信技术的发展，现在可以利用这些技术为人类带来最大的利益。一个这样的好处包括不管距离如何都可以控制家用电器，节省时间和能源。这种对家用电器的智能控制就是我们所熟知的家庭自动化 与工业自动化相同。

虽然有各种技术，如无线通信、物联网 (IoT)、语音识别方法，但在这里我们将了解如何使用 用于家庭自动化目的的语音识别 .

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在此之前，让我们了解一下语音识别的理论知识。

语音识别

语音识别意味着机器或程序对任何语言听写的接收和解释。它是识别人类语音并将其解码为文本形式的过程。

它基本上涉及将模拟声波（由人类说出的单词引起的空气振动）转换为数字信号，然后将其解码为适当的单词，然后最终成为句子。

一个语音识别系统通常由一个语音捕捉设备（基本上是一个麦克风和一个模数转换器，它对模拟声音信号进行采样和数字化）、一个数字信号处理器（ DSP）模块（处理数字信号，将其从时域转换为频域，从而保留原始信息），预处理信号存储系统（执行进一步任务的存储卡），预定义语音模式，存储在作为匹配参考的内存，以及用于将输入语音信号与参考语音模式进行比较的模式匹配算法。

值得注意的是，一个正常人可以以每秒10个声音的速率产生语音，语音信号中所需的信息速率为每秒50比特。该声学信号由麦克风转换为电信号，模拟信号转换为数字信号。

由于这个转换后的时域数字信号每秒采样16000次，不适合定位语音模式。因此，使用快速傅里叶变换 (FFT) 技术将其转换为频域。该技术涉及每 1/100 秒分析一次分量并计算每个此类分量的频谱。

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每个这样的频率图或频谱代表语音独裁者发出的声音片段。计算机或控制器将未知语音段与存储的语言语音进行匹配。

这种模式匹配可以使用声学语音方法（使用隐马尔可夫模型，其中语音片段根据其概率与音素匹配）、模式识别方法（未知通过确定信号之间的距离将语音模式与参考语音模式进行比较）和人工智能方法（基于基础知识源的利用）。

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声控家庭自动化的建议模型

这里我们尝试构建一个小型的基于语​​音识别的家庭自动化系统 在两个 8051 微控制器之间使用无线通信 .

免责声明：这里介绍的发射器和接收器电路是理论上的，未经实际测试。我们使用了 Multisim，它既没有 HM2007 的仿真模型，也没有任何通信模型。因此无法对系统进行适当的仿真。

该系统涉及语音识别IC处理来自用户（在麦克风输入处）的语音命令，使用通信模块发送和接收信号，由控制微控制器。接收端的微控制器根据来自发射器系统的正确语音命令控制灯泡的开关。

现在，让我们简要了解一下系统的工作原理。

图2：HM2007语音识别板

语音识别系统的核心涉及到IC HM2007，它是一个48pin IC，提供语音识别功能。它在手动或 CPU 模式下工作。它最多可以识别 20 个单词，每个单词的长度为 1.92 秒，工作电压为 9 到 15 V DC。这里我们可以使用 HM2007 的手动模式。

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语音识别家庭自动化系统电路图

发送器部分

接收部分

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系统的工作

1 .用户通过麦克风对HM2007 IC的MICIN管脚进行语音输入。

2 . IC的RDY管脚将处于低电平有效状态，表明它已准备好进行训练。

3 .用户在说出目标词（“ON”或“OFF”）之前按键盘上的“1”，然后按“TRAIN”键

4 . Memory Enable（ME）管脚，连接外部SRAM的对应管脚，存储数字对应的8位数据信号

5 .一旦检测到语音输入，RDY 引脚变为高电平，IC 开始识别过程。

6 .识别过程的结果通过数据总线提供给8051单片机。

7 .微控制器（命名为uC1）通过通信模块传输数据信号。

8 .在接收端，微控制器（名为 uC2）接收数据输入并将其与存储的命令进行比较。一旦两个数据匹配，继电器就会运行（根据给定的命令）。如果数据不匹配，微控制器会重新发送一个错误信号。

9 .微控制器uC1接收到这个错误信号并中断正在进行的过程，并在连接的液晶显示器（LCD）上显示错误信息。

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语音识别系统的局限性

1 .由于重叠，系统无法接受连续的口语单词，因此需要在两个连续单词之间保持沉默或停顿。因此，只有孤立的词是可行的。

2 .该系统是依赖于扬声器的系统。过多的发言者同时发言会导致信号重叠和中断。

3 .词汇量也有限制。与词汇量小的语言相比，词汇量大的语言很难形成模式，因为出现歧义词的机会更少。

不考虑上述限制，这种使用语音识别方法控制家用电器的系统将提供优势，因为它可以节省时间并提供安全性。

我已经展示了一个代表基于语音识别的家庭自动化的小型模型，而在大规模这样的系统上，一旦大规模构建，就可以用于各种应用。

欢迎在下面的评论部分中讨论有关使用语音识别控制家用电器的任何其他想法。

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